JP6975060B2 - 浮遊容量を推定するモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、浮遊容量を推定するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源から供給される交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力へ変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力としてモータ動力線を介して供給している。このため、モータ駆動装置は、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に変換（整流）するコンバータ（整流器）と、コンバータの直流側であるＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換するインバータとを備える。

モータ駆動装置においてモータに駆動電力を供給するインバータは、パワー素子（半導体スイッチング素子）及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。インバータは、モータ制御部から受信したスイッチング指令に基づき内部のパワー素子がオンオフ駆動されることで、入力された直流電圧（すなわちＤＣリンクの直流電圧）を、モータを駆動するための交流電圧に変換する。インバータ内のパワー素子を高速にオンオフ駆動する際、モータ動力線及びモータに存在する浮遊容量を経由して高周波電流が流れる。浮遊容量を経由して流れる高周波電流は、高周波ノイズによるモータ駆動装置の内部回路及び周辺機器の誤動作や、モータ駆動装置の力率の低下、モータ駆動装置、モータ動力線及び周辺機器の発熱や破損などをもたらす。周辺機器の例として、ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：コンピュータ数値制御）装置やＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：プログラマブルロジックコントローラ）などがある。

例えば、交流モータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路において、交流電源からの電力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑化して保持する直流中間回路と、前記直流中間回路に保持された直流電力に基づき前記交流モータへの印加電圧をＰＷＭ制御するインバータ回路と、前記交流電源と前記整流回路との間に挿入されるフィルタ回路と、を備え、前記フィルタ回路は、前記ＰＷＭ制御を行うか否かに関わらず発生し得る高調波ノイズを低減するノイズフィルタと、前記ＰＷＭ制御によって発生し得る帯域幅のある高調波ノイズを低減する帯域遮断フィルタと、を備えたことを特徴とするモータ駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、電線路に接続され、電線路に重畳している高調波電流成分を検出し、この検出された高調波成分とは逆位相の信号を制御信号とした出力する制御装置と、この制御信号を入力し、これに比例する電流を整合トランスを介して前記電線路に注入するアクティブフィルタとからなるものにおいて、高調波抑制装置の設置点の電圧を検出する変成器を設け、前記変成器からの検出電圧を制御装置に入力し、この入力した検出電圧の中から基本波分を除去すると共に（１／Ｒ）を乗じて制御電流を導出し、かつ符号を反転して前記電線路から検出した制御電流に加算してアクティブフィルタへの入力電流としたことを特徴とする高調波抑制装置の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、三相交流モーターに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記モーターの回転に同期して回転するｄｑ座標系においてモーター電流の基本波成分をフィードバック制御する基本波電流制御回路と、モーター電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄｈｑｈ座標系においてモーター電流の高調波成分をフィードバック制御する高調波電流制御回路と、前記基本波電流制御回路の出力と前記高調波電流制御回路の出力とを加算して交流電圧指令値を演算する指令値演算回路と、前記交流電圧指令値に応じた三相交流電圧を生成して前記三相交流モーターに印加する電力変換回路とを備えたモーター制御装置において、前記基本波電流制御回路における基本波電流指令値とモーター電流フィードバック値との制御偏差からモーター電流の高調波成分を除去する高調波成分除去回路を備えることを特徴とするモーター制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

国際公開第２０１２／０７０１１７号 特開平１０−０３２９３１号公報 特開２００４−３１２８６４号公報

モータ駆動装置において、モータ動力線及びモータに存在する浮遊容量を経由して流れる高周波電流は、高周波ノイズによるモータ駆動装置の内部回路及び周辺機器の誤動作や、モータ駆動装置の力率の低下、モータ駆動装置及びモータ動力線の発熱や破損などをもたらすので、浮遊容量をできるだけ小さくする対策が重要である。浮遊容量対策をとるにあたっては別置の高周波電流測定器を使用して高周波電流を測定する必要がある。しかしながら、高周波電流を測定する高周波電流測定器を追加的に設置することはモータ駆動装置のコスト増大を招く。また、高周波電流測定器にて測定した高周波電流に基づき浮遊容量を計算することは手間及び時間のかかる作業であり、浮遊容量対策を効率よく行うことができない。したがって、モータ駆動装置の分野においては、モータ動力線及びモータの浮遊容量を低コストかつ容易に把握することができる技術が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、内部のパワー素子がオンオフ駆動されることで、入力された直流電圧をモータを駆動するための交流電圧に変換して出力するインバータと、交流電圧がモータ動力線を介してモータに印加されることによってモータ動力線を流れる電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路の温度を測定する温度測定部と、温度測定部により測定された温度に基づいて、モータ動力線及びモータで発生する浮遊容量を推定する浮遊容量推定部とを備える。

本開示の一態様によれば、モータ動力線及びモータの浮遊容量を低コストかつ容易に把握することができるモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 電流検出回路及び温度測定部の構成を示す図である。 電流検出回路によるモータ動力線を流れる電流についての検出信号を例示する図であって、（Ａ）は高周波電流を含まない電流についての検出信号を例示し、（Ｂ）は高周波電流を含む電流についての検出信号を例示する。 高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が規定された第１のテーブルを例示する図である。 高周波電流に依存する電流検出回路の温度上昇値と浮遊容量との関係が規定された第２のテーブルを例示する図である。 本開示の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

以下図面を参照して、浮遊容量を推定するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

図１は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。図２は、電流検出回路及び温度測定部の構成を示す図である。

一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により、１巻線タイプの交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を１個制御する場合について説明する。モータ３の個数は本実施形態を特に限定するものではなくこれ以外の個数であってもよい。また、モータ３は複数巻線タイプであってもよい。インバータ１２は、モータの巻線ごとに設けられる。例えば、インバータ１２は、１巻線タイプのモータ３が複数個ある場合はモータ３ごとに、複数巻線タイプのモータ３が１個ある場合は巻線ごとに、複数巻線タイプのモータ３が複数個ある場合は各モータの３の巻線ごとに、それぞれ設けられる。本実施形態における高周波電流検出部１３及び浮遊容量推定部１５は、１個のインバータ１２に対して例えば１個設ければよい。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

モータ駆動装置１に接続される交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。また、モータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。なお、以下で説明する例では、モータ駆動装置１をコンバータ１１及びインバータ１２を有して交流電源２を駆動源として交流のモータ３を駆動するものとしたが、本実施形態は、コンバータを有さずにバッテリなどの直流電源（図示せず）を動力源としたインバータを有するモータ駆動装置にも適用可能である。

一実施形態によるモータ駆動装置１を説明するに先立ち、モータ３に対する駆動制御について説明する。モータ駆動装置１は、一般的なモータ駆動装置と同様、ＤＣリンクから入力（印加）された直流電圧とモータ３を駆動するための交流電圧に変換して出力するインバータ１２を制御する。モータ駆動装置１内のモータ制御部３０は、モータ３の回転速度（速度フィードバック）、電流検出回路１３を介して検出されるモータ動力線６に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の回転速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部３０によって作成されたスイッチング指令に基づいて、インバータ１２の電力変換動作が制御される。

図１に示すように、モータ駆動装置１は、インバータ１２と、電流検出回路１３と、温度測定部１４と、浮遊容量推定部１５と、上述のモータ制御部３０とを備える。また、モータ駆動装置１は、インバータ１２に直流電圧（直流電力）を供給するコンバータ１１を備える。また、モータ駆動装置１は、オプションとして比較部１６及びアラーム部１７を備えてもよい。なお、図１において、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を参照符号５で示す。

コンバータ１１は、交流電源２から入力された交流電圧を直流電圧に変換して直流側であるＤＣリンクに出力する。コンバータ１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、あるいは内部にパワー素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。本実施形態では、交流電源２を三相としたので、コンバータ１１は三相のブリッジ回路として構成されるが、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。なお、バッテリなどの直流電源（図示せず）をインバータ１２に対する直流電圧の供給源とする場合は、モータ駆動装置１はコンバータを有さない。

コンバータ１１の直流出力側とインバータ１２の直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサ（平滑コンデンサとも称する）４が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ４は、コンバータ１１の直流出力の脈動分を抑える機能及びＤＣリンクにおいて直流電力を蓄積する機能を有する。

インバータ１２は、パワー素子（半導体スイッチング素子）及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、モータ制御部３０から受信したスイッチング指令に基づき各パワー素子がオンオフ駆動されることで、ＤＣリンクから入力された直流電圧を、モータ３を駆動するための交流電圧に変換して出力する。インバータ１２とモータ３とはモータ動力線６を介して接続され、したがってインバータ１２から出力された電圧が、モータ動力線６を介してモータ３の端子間に印加される。より詳しくは、インバータ１２は、モータ制御部３０から受信したスイッチング指令に基づき内部のパワー素子をオンオフ駆動させ、ＤＣリンクから入力された直流電圧を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数の交流電圧に変換して出力する。これにより、モータ３には、モータ動力線６を介して交流の駆動電流が供給されることになる。パワー素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタなどがあるが、パワー素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のパワー素子であってもよい。なお、本実施形態では、モータ駆動装置１に接続されるモータ３を三相交流モータとしたので、逆変換器１３は三相ブリッジ回路として構成されるが、モータ３が単相交流モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。

インバータ１２から出力された交流電圧がモータ動力線６を介してモータ３に印加されることによって、インバータ１２を介してモータ３へ電流が流れる。モータ動力線６を流れる電流は、電流検出回路１３によって検出される。電流検出回路１３は、ホール素子４１及び磁気コア４２を有するホール式電流検出回路であり、ホール電流センサとも称される。図２に示すように、電流検出回路１３は、ホール素子４１と、リング状の磁気コア４２と、定電流源４３と、アンプ４４とを有する。ホール素子４１は、ホール効果を利用した磁電変換素子である。ホール効果とは、流れている電流に垂直に磁場をかけたときに電流と磁場の両方に直交する方向に起電力（ホール電圧）が現れる現象であり、この現象のためにホール素子４１に流す電流は、定電流源４３によって供給される。電流検出対象であるモータ動力線６は、磁気コア４２のリング内を通して配置される。磁気コア４２のリング内に配置されたモータ動力線６に電流が流れると磁気コア４２内に磁束Φが発生し、ホール素子４１は、ホール効果により、磁束Φの大きさに応じたホール電圧を生成する。ホール素子４１から出力されたホール電圧はアンプ４４により増幅され、この増幅信号が、電流検出回路１３によるモータ動力線６を流れる電流についての検出信号となる。なお、電流検出回路１３は、例えばインバータ１２の変換動作を制御するためにモータ制御部３０にフィードバックされるインバータ出力電流を検出するために一般的に設けられる電流検出回路と共用にしてもよい。

電流検出回路１３によるモータ動力線６を流れる電流についての検出信号は、例えばインバータ１２の変換動作を制御するためにモータ制御部３０にフィードバックされる。電流検出回路１３によって検出されたモータ動力線６を流れる電流には、高周波電流が含まれるので、高周波成分が除去されたインバータ出力電流をモータ制御部３０にフィードバックするために、電流検出回路１３の後段にはローパスフィルタ（図示せず）が設けられるのが一般的である。

図３は、電流検出回路によるモータ動力線を流れる電流についての検出信号を例示する図であって、（Ａ）は高周波電流を含まない電流についての検出信号を例示し、（Ｂ）は高周波電流を含む電流についての検出信号を例示する。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）においては、図面を簡明なものとするために、ＰＷＭ制御に伴い発生する電流のリプル成分は省略している。インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線に流れる電流検出回路１３によって検出される電流には、図３（Ｂ）に示すように、インバータ１２内のパワー素子のオンオフ駆動に起因する高周波電流が含まれる。一般にインバータ１２の変換動作を制御するためにモータ制御部３０にフィードバックされるインバータ出力電流は、図３（Ｂ）に示すような高周波電流が含まれる電流から、ローパスフィルタ（図示せず）によって高周波成分が除去された図３（Ａ）に示すような電流が用いられる。高周波成分を含まない電流とは、例えばローパスフィルタによって所定の遮断周波数よりも高い周波数を有する電流成分が除去された電流すなわち「所定の周波数未満の成分を有する電流」と定義することができる。高周波電流の周波数は、例えば数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚであり、モータ電流の周波数には依存しない。一例を挙げると、例えば１００ｋＨｚ未満の周波数成分を有する電流を「高周波成分を含まない電流」と定義し、５００ｋＨｚ以上の周波数成分を有する電流を「高周波成分を含む電流」と定義することができる。なお、ここで説明した「１００ｋＨｚ」及び「５００ｋＨｚ」という数値はあくまでも一例であり、その他の数値で「高周波成分を含まない電流」及び「高周波成分を含む電流」を定義してもよい。

ホール素子４１及び磁気コア４２を有する電流検出回路１３の損失としては、一般的に磁気コア４２の損失が支配的である。磁気コア４２の損失としては、鉄損及び銅損が存在する。このうち鉄損は、流れる電流の周波数に比例する。電流の周波数をｆ、磁束密度をＢ_m、比例定数をｋ_h、磁気コア４２の厚さをｔ、磁気コア４２の抵抗率をρとしたとき、鉄損は下記式１のように表される。

式１から分かるように、高周波電流が多いほど鉄損が増加し、電流検出回路１３の発熱量は大きくなる。そこで、本実施形態では、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を流れる電流はモータ動力線６を流れる電流のうちの高周波成分であるとみなし、この高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度（の上昇値）に基づいて、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を推定する。

温度測定部１４は、電流検出回路１３の温度を測定する。このため、温度測定部１４は、電流検出回路１３の近傍に設置されるのが好まし。温度測定部１４により測定された温度は、浮遊容量推定部１５に送られる。

浮遊容量推定部１５は、温度測定部１４により測定された温度に基づいて、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を推定する。より詳しくは次の通りである。

浮遊容量推定部１５は、記憶部２１と、読出し部２２と、減算部２３と、出力部２４とを有する。

記憶部２１は、高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路１３にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が予め規定されたテーブルを記憶する。以下、高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路１３にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が予め規定されたテーブルを、「第１のテーブル」と称する。記憶部２１は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。

高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路１３にて検出したときに測定される温度上昇値との関係が規定された第１のテーブルは、モータ駆動装置１の実際の運用前に、高周波成分を含まない電流を当該電流検出回路１３に実際に流して、このときの電流の大きさ（電流値の実効値）及び周波数と、この電流が電流検出回路１３に流れたときに温度測定部１４によって測定された温度上昇値との関係を事前に測定して作成しておく。例えば、インバータ１２とモータ３とをモータ動力線６を介してできるだけ近接させて接続し、かつ、インバータ１３の出力にローパスフィルタを接続してこのローパスフィルタの出力とモータ３との間に電流検出回路１３を設置することで、高周波成分を極力排除した交流電流を電流検出回路１３に流すことができる。ある基準温度において電流検出回路１３に高周波電流を含まない交流電流を流し始めると、温度測定部１４が測定する温度は徐々に上昇するが、当該交流電流の流し始めからある程度時間が経過したときに温度測定部１４により測定された温度と基準温度との差を、温度上昇値ΔＴ_aとして規定することができる。第１のテーブルの作成にあたっては、高周波成分を含まない交流電流の実効値及び周波数を種々変更し、様々な交流電流の実効値及び周波数の下で温度測定部１４により温度上昇値ΔＴ_aを測定する。高周波成分を含まない交流電流の実効値及び周波数について設定変更する際の刻み幅が細かいほど、より多くの状況における温度上昇値ΔＴ_aが得られるので、後述する浮遊容量の推定が高精度になる。このようにして作成された第１のテーブルは、記憶部２１に記憶される。

図４は、高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が規定された第１のテーブルを例示する図である。図４において、「Ａｒｍｓ」は電流のアンペア数の実効値（ｒｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）値））を意味する。図４に示すように、例えば、高周波成分を含まない交流電流の実効値が１０Ａｒｍｓであり周波数が１０ｋＨｚのとき、温度上昇値は１０℃である。また例えば、高周波成分を含まない交流電流の実効値が３０Ａｒｍｓであり周波数が２０ｋＨｚのとき、温度上昇値は６０℃である。なお、図４に示す数値はあくまでも一例であり、例えばＰＷＭ周波数によって、また例えば上述のようなモータ駆動装置１の実際の運用前の事前の測定内容によっても、その数値は異なったものとなり得る。

上述のようにモータ駆動装置１によりモータ３を駆動するとモータ動力線６には高周波電流を含む電流が流れ、電流検出回路１３の温度は上昇するが、当該電流の流し始めからある程度時間が経過したときに温度測定部１４により測定された温度と当該電流の流し始め時に温度測定部１４により測定された温度との差を、温度上昇値ΔＴとする。読出し部２２は、温度測定部１４が温度を測定したときに電流検出回路１３が検出したモータ動力線６を流れる電流の大きさ（実効値）及び周波数を、記憶部２１に予め記憶された第１のテーブルに規定された電流の大きさ及び周波数と照合し、当該電流の大きさ及び周波数に対応した温度上昇値ΔＴ_aを、記憶部２１から読み出す。

なお、高周波成分の実効値及び周波数は電流検出回路では検出することはできない。本実施形態では、高周波電流を含む電流の実効値及び周波数と高周波電流を含まない電流の実効値及び周波数とは電流の基本波成分において同じとみなし、読出し部２２は、温度測定部１４が温度を測定したときに電流検出回路１３が検出したモータ動力線６を流れる電流の実効値及び周波数に対応した温度上昇値ΔＴ_aを、記憶部２１から読み出す。なお、電流検出回路１３が検出したモータ動力線６を流れる電流の実効値及び周波数について、記憶部２１に記憶された第１のテーブルに規定された実効値及び周波数に対応するものが存在場合は、読出し部２２は、電流検出回路１３が検出したモータ動力線６を流れる電流の実効値及び周波数に近い実効値及び周波数を有するものを第１のテーブルから読み出すようにしてもよい。あるいは逆に、電流検出回路１３が検出するモータ動力線６を流れる電流の実効値及び周波数が、第１のテーブルに規定された実効値及び周波数と一致するようにモータ駆動装置１を駆動させてもよい。

減算部２３は、温度測定部１４が測定した温度の上昇値ΔＴから、読出し部２２が読み出した温度上昇値ΔＴ_aを減算する。減算部２３よる算出結果ΔＴ_bは、下記式２のように表される。

温度測定部１４が測定した温度上昇値ΔＴは、高周波電流を含む電流を電流検出回路１３が検出したときにおける温度上昇値であり、読出し部２２から読み出された温度上昇値ΔＴ_aは高周波電流を含まない電流を電流検出回路１３が検出したときにおける温度上昇値であるので、減算部２３によって算出された差「ΔＴ−ΔＴ_a」であるΔＴ_bは、高周波電流分に依存する温度上昇値であるといえる。出力部２４は、この高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bに基づいて、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を推定する。減算部２３によって算出された温度上昇値ΔＴ_bと、これに対応する浮遊容量との関係は、モータ駆動装置１の実際の運用前に事前に測定して第２のテーブルとして作成しておく。高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bとこれに対応する浮遊容量との関係を示す第２のテーブルも、例えば記憶部２１に記憶される。出力部２４は、この高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bに対応する浮遊容量を記憶部２１に記憶された第２のテーブルから読み出す。

例えば、インバータ１２とモータ３とをモータ動力線６を介してできるだけ近接させて接続し、インバータ１３の出力にローパスフィルタを接続し、ローパスフィルタからの出力とモータ３との間に電流検出回路１３を設置することで、高周波成分を含まない電流を電流検出回路１３に流す環境を整える。そして、モータ３と対地（アース）との間、モータ動力線６と対地（アース）との間、及びモータ３が多相モータである場合はモータ動力線６の相間に、容量既知のコンデンサを接続する。この容量既知のコンデンサは、浮遊容量を模擬したものである。浮遊容量を模擬したコンデンサの容量を種々変更して、電流検出回路１３近傍に設置された温度測定部１４によって、温度上昇値を測定する。浮遊容量を模擬したコンデンサの容量について設定変更する際の刻み幅が細かいほど、より多くの状況における温度上昇値が得られるので、浮遊容量の推定が高精度になる。

またあるいは、モータ動力線６について、単位長さ当たりの浮遊容量が既知であれば、当該モータ動力線６にてインバータ１２とモータ３を接続する。モータ動力線６の長さを種々変更して、電流検出回路１３近傍に設置された温度測定部１４によって、温度上昇値を測定する。モータ動力線６の長さについて設定変更する際の刻み幅が細かいほど、より多くの状況における温度上昇値が得られるので、浮遊容量の推定が高精度になる。

図５は、高周波電流に依存する電流検出回路の温度上昇値と浮遊容量との関係が規定された第２のテーブルを例示する図である。高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bとこれに対応する浮遊容量との関係を示す第２のテーブルは、モータ駆動装置１の実際の運用前に事前に測定しておく。高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bとこれに対応する浮遊容量との関係は、一般的には電流基本波の実効値及び周波数に大きくは依存しないので、例えば、図５のように温度上昇値ΔＴ_bと浮遊容量との関係を１つ測定し、第２のテーブルとして作成しておけばよい。ただし、電流の種々の実効値及び周波数に関して温度上昇値ΔＴ_bと浮遊容量との関係を測定し、第２のテーブルを複数測定すれば、より正確に浮遊容量を推定することができる。図５に示す例では、減算部２３によって算出された高周波電流に依存する温度上昇値ΔＴ_bに１０℃のとき、浮遊容量は１０ｐＦである。また例えば、減算部２３によって算出された高周波電流に依存する温度上昇値ΔＴ_bに２０℃のとき、浮遊容量は２０ｐＦである。また例えば、減算部２３によって算出された高周波電流に依存する温度上昇値ΔＴ_bに３０℃のとき、浮遊容量は３０ｐＦである。なお、図５に示す数値はあくまでも一例であり、モータ駆動装置１の実際の運用環境によって、その数値は異なったものとなり得る。

上述のように作成された第１のテーブル及び第２のテーブルが記憶部２１に予め記憶された後に、モータ駆動装置１により実際にモータ３を駆動したときにおいて、読出し部２２、減算部２３及び出力部２４が動作することによって浮遊容量が推定される。

なお、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量の値は、パソコン、携帯端末、モータ駆動装置１のための制御端末、モータ駆動装置１の上位制御装置などに付属のディスプレイ（図示せず）に表示させてもよい。ディスプレイを介してモータ動力線６及びモータ３で発生した浮遊容量の大きさを知ったユーザは、例えば、インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線６やコンバータ１１と交流電源２とを接続する電源線を短いものに交換したり、配線位置を変更したりするといったような設計変更をすることができる。例えば、工場において複数の工作機械が存在する場合において、工作機械内の各々に設けられたモータ駆動装置１のインバータ１２内の電流検出回路１３ごとに温度測定部１４及び浮遊容量推定部１５を設ければ、ユーザは機械ごと（すなわち、工作機械ごと、モータ駆動装置１ごと、またはインバータ１２ごと）の浮遊容量を把握することができるので、例えば機械ごとの設計変更やシステム全体として設計変更などを効率よく対応することができる。なお、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量に関するデータを、記憶装置に格納し、当該データをさらなる用途に用いてもよい。

比較部１６は、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量と予め規定された閾値とを比較する。比較部１６による比較の結果、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量が閾値を超えた場合、アラーム部１７は、アラーム信号を出力する。例えば閾値は、高周波ノイズによるモータ駆動装置の内部回路及び周辺機器の誤動作や、モータ駆動装置の力率の低下、モータ駆動装置、モータ動力線６及び周辺機器の発熱や破損などをもたらすほどの大きさの浮遊容量が発生したことを検知できる程度の値に設定される。この場合、アラーム部１７は、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量が閾値を超えたときアラーム信号を出力し、例えば、このアラーム信号に基づき、パソコン、携帯端末、モータ駆動装置１のための制御端末、モータ駆動装置１の上位制御装置などに付属のディスプレイに、「誤動作、発熱、破損などをもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことを表示させることができる。また、このアラーム信号に基づき、例えばスピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器によって、「誤動作、発熱、破損などをもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことをユーザに報知するようにしてもよい。このアラーム信号に基づき、例えばプリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させてもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせてユーザに「誤動作、発熱、破損などをもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことを報知してもよい。

なお、比較部１６による比較処理に用いられる閾値として、大小２つのレベルの閾値を設定してもよい。例えば、「誤動作や破損はないが大きな発熱の可能性がある浮遊容量が発生している」ことを検知するための第１の閾値を設定し、「誤動作や破損をもたらすほどの大きな浮遊容量が発生した」ことを検知するための、第１の閾値よりも大きい第２の閾値を設定してもよい。例えば、アラーム部１７は、比較部１６による比較の結果、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量が第１の閾値を超えたとき事前アラームとしてウォーニング（ｗａｒｎｉｎｇ）信号を出力し、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量が第２の閾値を超えたときアラーム信号を出力する。パソコン、携帯端末、モータ駆動装置１のための制御端末、モータ駆動装置１の上位制御装置などに付属のディスプレイは、ウォーニング信号を受信したときは「大きな発熱の可能性がある浮遊容量が発生している」ことを表示し、アラーム信号を受信したときは「誤動作や破損をもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことを表示させることができる。ユーザに対する報知部が上述のスピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器やプリンタの場合も同様である。このように大小２つのレベルの閾値を設定して浮遊容量の大きさに応じてウォーニング信号やアラーム信号を出力するようにして、ユーザに報知する浮遊容量の発生状況を２段階に分けることで、よりきめ細やかな対応をとることができる。例えば、ユーザは、ディスプレイ等を通じて、「誤動作や破損はないが大きな発熱の可能性がある浮遊容量が発生している」ことを知ったときは、インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線６やコンバータ１１と交流電源２とを接続する電源線の配線位置を変更し、「誤動作や破損をもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことを知ったときは、インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線６やコンバータ１１と交流電源２とを接続する電源線を太いものに交換するといったような、より効率的な設計変更を行うことができる。

上述のように、一般にインバータ１２の変換動作を制御するためにモータ制御部３０にフィードバックされるインバータ出力電流として、電流検出回路１３によって検出されたモータ動力線６を流れる電流（図３（Ｂ））からローパスフィルタ３１によって所定の遮断周波数よりも高い周波数を有する電流成分が除去されたもの（図３（Ａ））が用いられる。

図６は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。モータ駆動装置１によりモータ３を実際に駆動するよりも前に、高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路１３にて検出したときに測定される温度上昇値との関係が規定された第１のテーブル、及び高周波電流に依存する電流検出回路１３の温度上昇値ΔＴ_bとこれに対応する浮遊容量との関係を示す第２のテーブルを事前に作成し、記憶部２１に予め記憶しておく。

モータ駆動装置１が実際の運用にてモータ３を駆動している場合において、ステップＳ１０１では、電流検出回路１３は、インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線６を流れる電流を検出する。

ステップＳ１０２において、電流検出回路１３の温度を測定する。

ステップＳ１０３において、浮遊容量推定部１５は、温度測定部１４により測定された温度に基づいて、モータ動力線６及びモータ３で発生する浮遊容量を推定する。

ステップＳ１０４において、比較部１６は、浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量と閾値とを比較する。

浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量が閾値を超えたと比較部１６が判定した場合、ステップＳ１０５において、アラーム部１７は、アラーム信号を出力する。その後、このアラーム信号に基づき、パソコン、携帯端末、モータ駆動装置１のための制御端末、モータ駆動装置１の上位制御装置などに付属のディスプレイに、「誤動作や破損をもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことを表示させてもよい。あるいは、上述のスピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器やプリンタにて「誤動作や破損をもたらすほどの大きな浮遊容量が発生している」ことをユーザに報知してもよい。

なお、ステップＳ１０４において比較部１６が大小２つのレベルの閾値と浮遊容量推定部１５によって推定された浮遊容量と比較し、比較部１６による比較の結果に応じて、ステップＳ１０５においてアラーム部１７はウォーニング信号またはアラーム信号を出力するようにしてもよい。

上述の実施形態では、ステップＳ１０１からＳ１０５の処理は、モータ駆動装置１が実際の運用にてモータ３を駆動している場合に実行されるものとしたが、モータ駆動装置１によるモータ３の駆動の実際の運用（通常運転モード）が行われるタイミングとは異なるタイミングにおいて、モータ駆動装置１の動作モードとして浮遊容量推定モードを別途設け、この浮遊容量推定モードにて、例えば高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を電流検出回路１３にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が規定された第１のテーブルの電流の実効値及び周波数に沿うように、モータ駆動装置１を動作させてステップＳ１０１〜Ｓ１０５を実行して浮遊容量を推定してもよい。

上述の浮遊容量推定部１５、比較部１６及びモータ制御部３０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。この場合、例えばＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現することができる。また、浮遊容量推定部１５及び比較部１６は、モータ制御部３０と同一のＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置にて実現してもよく、あるいはモータ制御部３０と別個のＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置にて実現してもよい。

また、インバータ１２とモータ３とを接続するモータ動力線６を流れる電流を検出する電流検出回路１３は、例えばインバータ１２の変換動作を制御するためにモータ制御部３０にフィードバックされるインバータ出力電流を検出するために一般的に設けられる電流検出回路と共用にすればよく、電流検出のためのハードウェアを別途設ける必要がない。また、高調波電流を測定するための高調波電流測定器を別途設ける必要もない。本実施形態では、既存の電流検出回路１３により検出した電流に基づき浮遊容量を推定するので、モータ動力線６及びモータ３の浮遊容量の発生状況を低コストかつ容易に把握することができ、浮遊容量をできるだけ小さくするような対策を効率よく行うことができる。

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
４ ＤＣリンクコンデンサ
５ 浮遊容量
６ モータ動力線
１１ コンバータ
１２ インバータ
１３ 電流検出回路
１４ 温度測定部
１５ 浮遊容量推定部
１６ 比較部
１７ アラーム部
２１ 記憶部
２２ 読出し部
２３ 減算部
２４ 出力部
３０ モータ制御部
４１ ホール素子
４２ 磁気コア
４３ 定電流源
４４ アンプ

Claims (5)

1. 内部のパワー素子がオンオフ駆動されることで、入力された直流電圧をモータを駆動するための交流電圧に変換して出力するインバータと、
   前記交流電圧がモータ動力線を介して前記モータに印加されることによって前記モータ動力線を流れる電流を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路の温度を測定する温度測定部と、
   前記温度測定部により測定された温度に基づいて、前記モータ動力線及び前記モータで発生する浮遊容量を推定する浮遊容量推定部と、
   を備え、
   前記電流検出回路は、ホール素子及び磁気コアを有するホール式電流検出回路である、モータ駆動装置。
2. 前記浮遊容量推定部は、
   高周波成分を含まない電流の大きさ及び周波数と当該電流を前記電流検出回路にて検出したときに測定された温度上昇値との関係が予め規定されたテーブルを記憶する記憶部と、
   前記電流検出回路が検出したモータ動力線を流れる電流に対応する前記テーブルに規定された温度上昇値を、前記記憶部から読み出す読出し部と、
   前記温度測定部が測定した温度の上昇値から、前記読出し部が読み出した温度上昇値を減算する減算部と、
   前記減算部による算出結果に基づいて、前記推定された浮遊容量を出力する出力部と、
   を有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記高周波成分を含まない電流は、所定の周波数未満の成分を有する電流である、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記浮遊容量推定部によって推定された浮遊容量と、予め規定された閾値と、を比較する比較部と、
   前記比較部による比較の結果、前記浮遊容量推定部によって推定された浮遊容量が前記閾値を超えた場合、アラーム信号を出力するアラーム部と、
   をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記浮遊容量推定部は、前記インバータから出力された交流電圧にて前記モータを駆動する通常運転モードとは異なるタイミングで実行される浮遊容量推定モードにおいて、前記浮遊容量を推定する処理を実行する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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